На правах рукописи
УДК 537.311.31, 536.631, 537.633.2
АНИСИМОВ Михаил Александрович
ОСОБЕННОСТИ ЗАРЯДОВОГО ТРАНСПОРТА В
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ГЕКСАБОРИДАХ
PrB6, NdB6, GdB6 И Eu1-xCaxB6
Специальность
01.04.07 – физика конденсированного состояния
АВТ ОРЕФЕР АТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наукДолгопрудный, 2011
Работа выполнена в Институте общей физики им. А.М.Прохорова Российской Академии Наук
Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент, Глушков Владимир Витальевич
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор НИЯУ «МИФИ», Менушенков Алексей Павлович доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией ИОФ РАН, Горшунов Борис Петрович
Ведущая организация:
Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Защита состоится 2011г. в час. мин. на заседании Диссертационного совета Д 212.156.06 при Московском физикотехническом институте (государственном университете) по адресу:
117393, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32, корп. В-2.
Отзывы направлять по адресу: 141700, г. Долгопрудный, Московская область, Институтский переулок, д.9, МФТИ, Диссертационный совет Д 212.156.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МФТИ
Автореферат разослан 2011 г.
Учёный секретарь диссертационного совета Д 212.156.06 МФТИ, кандидат технических наук Н.П.Чубинский
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы Одно из приоритетных направлений развития физики конденсированного состояния вещества связано с созданием и изучением новых материалов со специальными свойствами. В этой связи исследование необычных физических свойств соединений на основе редкоземельных (РЗ) элементов представляется важным и значимым как с точки зрения фундаментальной науки, так и для реализации различных технических приложений. Особенностью РЗ систем являются сильные электронные корреляции, которые приводят к значительной перенормировке спектра квазичастичных возбуждений и, вследствие этого, к появлению целого ряда аномалий физических характеристик и многообразию видов основного состояния. В такой ситуации магнитная структура соединений РЗ элементов определяется сложной конкуренцией взаимодействий различной природы (косвенного обмена через электроны проводимости, кристаллического электрического поля, гибридизации локализованных 4-орбиталей с зонными состояниями и др.), что существенно затрудняет теоретическое описание этих материалов. При этом, несмотря на длительный период изучения указанных соединений, вопрос об учете эффектов сильных электронных корреляций, определяющих аномалии физических характеристик соединений на основе РЗ элементов, вплоть до настоящего времени остается актуальным.
Среди наиболее ярких примеров веществ c сильными электронными корреляциями выделяются РЗ гексабориды RB6. Благодаря простой кристаллической структуре гексабориды РЗ элементов являются модельными объектами для изучения природы магнитных взаимодействий и особенностей формирования основного состояния. При этом особенности электронной структуры указанных соединений приводят к необходимости учета корреляционных эффектов в RB6. В частности, исследуемые в данной работе гексабориды празеодима (PrB6), неодима (NdB6) и гадолиния (GdB6) демонстрируют антиферромагнитный (АФМ) тип упорядочения моментов РЗ ионов, а гексаборид европия (EuB6) является единственным ферромагнетиком (ФМ) среди соединений данного класса. Таким образом, изучение указанных гексаборидов начала и середины редкоземельного ряда дает уникальную возможность проследить эволюцию механизмов формирования основного состояния с ростом заполнения 4-уровня РЗ иона, расположенного в одинаковом кристаллическом окружении кубической решетки B6.
Цели и задачи исследования Для выяснения природы и особенностей формирования основного магнитного состояния РЗ гексаборидов RB6 (R=Pr, Nd, Gd) представляет интерес проведение измерений транспортных характеристик при гелиевых и промежуточных температурах, отвечающих парамагнитной (ПМ) и магнитоупорядоченным фазам в этих системах. Поэтому в число задач настоящей работы включены прецизионные измерения магнитосопротивления и эффекта Холла RB6 (R=Pr, Nd, Gd), а также сопоставление полученных результатов между собой и с литературными данными для гексаборидов церия (CeB6) и лантана (LaB6).
Для определения параметров и оценки характера анизотропии магнитной Н-Т фазовой диаграммы РЗ гексаборидов RB6 (R=Pr, Nd) представляет интерес проведение исследований низкотемпературной теплоемкости. Кроме того, данные измерения необходимы для сопоставления с результатами угловых и полевых зависимостей магнитосопротивления указанных систем.
С целью изучения влияния беспорядка замещения на амплитуду эффекта колоссального магнитосопротивления (КМС), а также на параметры ферромагнитного основного состояния гексаборида европия и твердых растворов замещения Eu1-хCaхB6 (х=0.08, 0.17, 0.26) в число задач данной работы включено исследование магнитосопротивления и коэффициента Холла указанных РЗ гексаборидов. При этом особый интерес представляет сопоставление результатов, полученных для систем Eu1-хCaхB6, c транспортными свойствами АФМ гексаборидов PrB6, NdB6 и GdB6.
Таким образом, в работе выполнено комплексное исследование транспортных и тепловых свойств соединений PrB6, NdB6, GdB6, а также твердых растворов замещения Eu1-хCaхB6 (х=0, 0.08, 0.17, 0.26) в широком диапазоне температур 2-300 К в магнитных полях до 90 кЭ.
Научная новизна исследований Проведен комплексный анализ гальваномагнитных свойств (магнитосопротивление и коэффициент Холла) соединений PrB6, NdB6, GdB6 и твердых растворов замещения Eu1-хCaхB6 (х=0, 0.08, 0.17, 0.26) в области температур 2-300 К в магнитных полях до 80 кЭ.
Выполненные измерения полевых зависимостей поперечного магнитосопротивления (Н)/ соединений PrB6 (H||, H||, H||), NdB6 (H||) и GdB6 (H||) позволили установить сложный знакопеременный характер магниторезистивного эффекта в магнитоупорядоченных фазах указанных АФМ металлов. Для анализа полученных данных разработана процедура разделения вкладов в магнитосопротивление, позволяющая выделить наряду с отрицательным
«